邵正飞 张文福 常 亮

在过去的几十年中，世界液化天然气消费量已增长了 5倍，而且据国际权威机构预测这一增长势头将继续加强。因此用来储存液化天然气的储罐(LNG储罐)建造量不断增多，并向着大型化发展，最大可达 20×104m3，直径约 100m，如此巨大的圆柱形结构，越来越受到人们的重视，因为LNG储罐造价本身很昂贵，一旦在地震中发生破坏，将不可能修复。另外，破坏时也会产生如液体泄漏、爆炸等次生灾害[1]。从学术研究上来说，大型 LNG储罐抗震性能也将是未来结构工程领域中最具研究价值的方向之一(见图1)。

本文针对某大型LNG储罐，建立混凝土外壳的有限元模型，通过对有限元模型分析，得到了LNG储罐外壳的自振特性和地震响应，为此类LNG储罐的抗震设计提供参考。

1 LNG储罐外壳有限元模型的建立

由于罐壁厚度远远小于长度和内径，故可以将其视为板壳问题，采用壳单元。本文采用ANSYS软件对LNG储罐外壳进行模拟，采用的单元是Shell63单元。Shell63为八节点六面体单元，用于三维实体结构分析。本文根据文献[1]提供的数据，设定 LNG储罐有限元模型参数，其基本参数如表 1所示。本文中未考虑内罐贮液的影响。储罐的下部边界条件可以取固接，即不考虑底板对有限元模型的影响。LNG储罐有限元模型见图2。

表1 混凝土LNG储罐基本参数

2 LNG储罐外壳模态分析

LNG储罐外壳的频率与模态。前 10阶频率及所对应的最大位移s和环向波数k见表 2，图3给出前2阶模态。

LNG储罐外壳有限元模型除竖向振动外，每一个频率值都对应两种振型，两种振型的环向波数k值和最大相对位移s相同，只是两种振型关于XOZ和YOZ平面的对称性不同，如图3所示，一阶振型为正对称，二阶振型为反对称。……